Trong IPv6, giao thức IP được thay đổi để điều tiết sự thay đổi khơng thể đốn trước của Internet. Định dạng và chiều dài của địa chỉ IP được thay đổi cùng với định dạng gói. Các giao thức liên quan như ICMP cũng được thay đổi. Các giao thức khác ở lớp liên mạng như ARP, RARP và IGMP khơng cịn. Chức năng của chúng được đưa vào giao thức ICMP. Các giao thức định tuyến, như RIP và OSPF, cũng có chút sửa đổi để thích ứng những thay đổi này.
IPv6 có một số ưu điểm so với IPv4:
- Khoảng địa chỉ lớn hơn. Địa chỉ IPv6 dài 128 bít, nghĩa là gấp bốn lần chiều dài địa chỉ IPv4.
- Định dạng tiêu đề tốt hơn. IPv6 sử dụng định dạng tiêu đề mới, trong đó các tùy chọn được tách khỏi phần tiêu đề cơ sở và nếu cần, được thêm vào giữa phần tiêu đề cơ sở và dữ liệu. Do vậy, làm đơn giản và tăng tốc độ xử lý định tuyến vì hầu hết các tùy chọn đều không cần được router kiểm tra. - Các tùy chọn mới. IPv6 có một số tùy chọn mới cho phép các chức năng bổ
sung.
- Cho phép mở rộng. IPv6 được thiết kế để cho phép mở rộng khi có yêu cầu. - Hỗ trợ cấp phát tài nguyên. Trong IPv6, trường loại dịch vụ được bỏ đi,
nhưng một cơ chế (được gọi là nhãn luồng) được thêm vào để cho phép nguồn yêu cầu xử lý gói đặc biệt. Cơ chế này có thể được sử dụng để hỗ trợ lưu lượng video hoặc âm thanh thời gian thực.
- Bảo mật hơn. Tùy chọn mật mã và chứng thực trong IPv6 cung cấp tính tồn vẹn và tính bảo mật của gói.
a. Chiến lược chuyển đổi từ IPv4 sang IPv6
Do số lượng nút trên Internet là một con số khổng lồ, nên việc chuyển dịch từ IPv4 sang IPv6 không thể xảy ra đột ngột. Phải mất một khoảng thời gian đáng kể để các hệ thống trên Internet có thể chuyển từ IPv4 sang IPv6. Việc chuyển dịch phải trơi chảy để khơng có vấn đề gì giữa hệ thống IPv4 và IPv6.
Ba chiến lược đã được IETF phát triển để sự chuyển dịch trôi chảy hơn, gồm: chồng giao thức kép, đường hầm và dịch tiêu đề.
Chồng giao thức kép
Chiến lược này khuyến nghị rằng mọi trạm trước khi di trú hoàn toàn sang IPv6, phải có một chồng giao thức kép. Nói cách khác, một trạm phải chạy IPv4 và IPv6 đồng thời cho đến khi toàn bộ Internet đều sử dụng IPv6.
Đường hầm
Đường hầm là chiến lược được sử dụng khi hai đầu cuối IPv6 muốn truyền thông với nhau, nhưng gói phải đi qua một khu vực sử dụng IPv4. Để qua khu vực này, gói phải có một địa chỉ IPv4. Gói IPv6 được đóng gói trong gói IPv4 khi nó đi vào khu vực, và được mở gói khi nó rời khỏi khu vực. Dường như gói IPv6 đi vào đường hầm ở một đầu và ló ra ở đầu kia.
Dịch tiêu đề
Chiến lược dịch tiêu đề cần thiết khi phần lớn Internet đã chuyển sang IPv6 và chỉ còn một phần nhỏ sử dụng IPv4. Máy gửi muốn sử dụng IPv6, nhưng trạm nhận không hiểu IPv6. Đường hầm không hoạt động trong trường hợp này vì gói phải ở
định dạng IPv4 để trạm nhận có thể hiểu được. Trong trường hợp này, định dạng tiêu đề phải được thay đổi toàn bộ thơng qua q trình dịch tiêu đề. Tiều đề IPv6 được chuyển đổi thành tiêu đề IPv4.
b. Các kĩ thuật biên dịch
Kỹ thuật biên dịch không trạng thái IP/ICMP (SIIT – Stateless IP/ICMP Translation)
Trong giai đoạn đầu của quá trình chuyển giao IPv4-IPv6, chúng ta cần có các cơ chế cho sự liên lạc giữa các node IPv4 và IPv6. Các node IPv6 có thể là các node có khả năng IPv4 (nghĩa là các node có thể triển khai IPv4 nhưng chưa chắc đã được gán địa chỉ IPv4) hoặc khơng có khả năng đó. Khi đó để liên lạc giữa các node thì kĩ thuật SIIT được sử dụng. Kĩ thuật SIIT là kỹ thuật được sử dụng trong quá trình biên dịch giữa IPv4 và IPv6, chúng nhằm cho việc liên lạc giữa các node IPv4 thuần nhất và các node IPv6 thuần nhất. Chúng biên dịch giữa các header IPv4 và IPv6 bao gồm cả header ICMP. Bộ biên dịch SIIT được cài đặt và cấu hình trong các bộ định tuyến dual stack. Các tình huống có thể xảy ra trong q trình chuyển đổi gồm:
- Khi thiết lập một mạng mới với toàn các node triển khai IPv6 thì khơng cần thiết lập định tuyến IPv4 trong mạng đó. Tuy nhiên có thể có một vài node IPv6 cần liên lạc với các node IPv4 trong mạng Internet hiện tại, khi đó kĩ thuật SIIT được sử dụng tại biên giới mạng.
- Chúng ta cần có một mạng IPv4 và thêm vào đó nhiều node IPv6. Các node IPv6 có thể triển khai cả hai stack IPv4 và IPv6 nhưng khơng thể có để gán thường chú cho các node đó.
NAT-PT
Kỹ thuật chuyển đổi địa chỉ (Network Address Translation – Protocol Translation NAT-PT) là một kỹ thuật rất tốt tại biên giới của mạng IPv6 chỉ có một đường ra khi nó liên kết với mạng IPv4 hay mạng kết hợp IPv4 và IPv6. NAT-PT cho phép các host thuần và các ứng dụng IPv6 có thể liên lạc với các host thuần và các ứng dụng IPv4 và ngược lại. NAT-PT sử dụng một tập hợp địa chỉ IPv4 để gán cho các node IPv6 dựa trên cơ chế cấp phát động để tạo thành phiên giao dịch qua biên giới IPv4-IPv6. Các địa chỉ IPv4 được dùng trong kỹ thuật NAT-PT là địa chỉ toàn cầu. NAT-PT sẽ ánh xạ địa chỉ IPv4 sang địa chỉ IPv6 và ngược lại để cung cấp một cơ chế định tuyến trong suốt đối với các gói tin liên lạc giữa chúng. Cơ chế này khơng cần địi hỏi phải nâng cấp ở các node đầu cuối và nó cung cấp một sự định tuyến trong suốt đối với các node đầu cuối. Chúng ta không nên dùng NAT-PT cùng với bất kỳ kỹ thuật IPv6 trên IPv4 thông qua đường ống. NAT-PT chỉ nên sử dụng trong sự chuyển đổi qua lại giữa IPv4 thuần nhất và IPv6 thuần nhất.
BIS
Kỹ thuật BIS (Bump-In-the-Stack) là kỹ thuật cho phép các ứng dụng khơng có khả năng IPv6 chạy trên các host IPv4 có khả năng liên lạc với các host IPv6 bằng cách thêm vào stack IPv4 3 thủ tục nhỏ giữa tầng ứng dụng và tầng mạng là thủ tục phân giải tên mở rộng, ánh xạ địa chỉ và biên dịch. Ý tưởng cơ bản ở đây là khi ứng dụng IPv4 cần liên lạc với host IPv6 thì địa chỉ IPv6 của host đó được ánh xạ sang địa chỉ IPv4 nằm ngoài khoảng địa chỉ nội bộ cho các host dual-stack.
Kỹ thuật này thật sự có lợi trong giai đoạn đầu của quá trình chuyển đổi IPv4 và IPv6 ở những nơi mà một vài ứng dụng chưa thay đổi sang IPv6. Điều này là có lợi cho người sử dụng. Kỹ thuật này cho phép các ứng dụng trong một host có thể liên lạc với tất cả các host IPv4 và IPv6.
Kỹ thuật này chỉ có thể dùng cho địa chỉ unicast mà không thể dùng cho địa chỉ multicast. Và mặc dù nó cho phép các host có thể liên lạc với các host IPv4 thơng qua các ứng dụng IPv4 nhưng điều này không thể áp dụng cho các ứng dụng sử dụng lựa chọn IPv4 vì ta khơng thể chuyển đổi mọi lựa chọn IPv4 sang IPv6.
2.2 Các giao thức về định tuyến và thiết bị kết nối mạng
2.2.1 Cơ bản về định tuyến (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Định tuyến là hành động di chuyển thông tin trong liên mạng, từ nguồn đến đích. Nó là một chức năng được thực hiện ở tầng mạng. Chức năng này cho phép router đánh giá các đường đi sẵn có tới đích. Để đánh giá đường đi, định tuyến sử dụng các thông tin tôpô mạng. Các thơng tin này có thể do người quản trị thiết lập hoặc được thu lượm thông qua các giao thức định tuyến.
Quá trình định tuyến
Khi định tuyến dữ liệu từ nguồn đến đích, router thường chuyển tiếp gói từ một liên kết dữ liệu (mạng) này đến một liên kết dữ liệu khác, sử dụng hai chức năng cơ bản:
- Xác định đường đi (path determination) - Chuyển mạch (switching)
Chức năng xác định đường đi chọn ra một đường đi tối ưu đến đích theo một
tiêu chí nào đó (chẳng hạn chiều dài đường đi). Để trợ giúp cho quá trình xác định đường đi, các giải thuật định tuyến khởi tạo và duy trì bảng định tuyến, bảng này chứa thơng tin về các tuyến tới đích.
Khi đường đi tối ưu được xác định, bước nhảy tiếp theo gắn với đường đi này cho router biết phải gửi gói đi đâu để nó có thể đến đích theo đường đi tối ưu đó.
Chức năng chuyển mạch cho phép router chuyển gói từ cổng vào tới cổng ra
tương ứng với đường đi tối ưu đã chọn.
Trong quá trình định tuyến, phần địa chỉ mạng được sử dụng để xác định đường đi, còn phần địa chỉ trạm được router cuối cùng trên đường đi (router nối trực tiếp tới mạng đích) sử dụng để chuyển gói tới đúng trạm đích.
Định tuyến tĩnh và định tuyến động
Các tuyến tĩnh được người quản trị cập nhật và quản lý nhân công. Trong trường hợp tôpô mạng thay đổi, người quản trị phải cập nhật lại các tuyến tĩnh một cách thủ công.
Định tuyến động hoạt động khác với định tuyến tĩnh. Sau khi người quản trị nhập các lệnh cấu hình để khởi tạo định tuyến động, thông tin về tuyến sẽ được cập nhật tự động mỗi khi nhận được một thông tin mới từ liên mạng. Các thay đổi về tôpô mạng được trao đổi giữa các router.
Phân loại giao thức định tuyến
Hầu hết các giải thuật định tuyến đều thuộc một trong 3 loại sau: - Giải thuật vectơ khoảng cách (distance vector).
- Giải thuật trạng thái liên kết (Link State). - Giải thuật lai.
Vector khoảng cách được thiết kế để giảm tối đa sự liên lạc giữa các Router cũng như lượng dữ liệu trong bảng định tuyến. Bản chất của định tuyến vector khoảng cách là một Router không cần biết tất cả các đường đi đến các phân đoạn mạng, nó chỉ cần biết phải truyền một datagram được gán địa chỉ đến một phân đoạn mạng đi theo hướng nào. Khoảng cách giữa các phân đoạn mạng được tính bằng số lượng Router mà datagram phải đi qua khi được truyền từ phân đoạn mạng này đến phân đoạn mạng khác. Router sử dụng thuật toán vector khoảng cách để tối ưu hoá đường đi bằng cách giảm tối đa số lượng Router mà datagram đi qua. Tham số khoảng cách này chính là số chặng phải qua (bước nhảy count).
Định tuyến vector khoảng cách sẽ khơng cịn phù hợp đối với một mạng lớn gồm rất nhiều Router. Khi đó mỗi Router phải duy trì một mục trong bảng định tuyến cho mỗi đích, và các mục này chỉ đơn thuần chứa các giá trị vector và bước nhảy count. Router cũng khơng thể tiết kiệm năng lực của mình khi đã biết nhiều về cấu trúc mạng. Hơn nữa, toàn bộ bảng giá trị khoảng cách và bước nhảy count phải được truyền giữa các Router cho dù hầu hết các thông tin này không thực sự cần thiết trao đổi giữa các Router.
Định tuyến trạng thái liên kết ra đời là đã khắc phục được các nhược điểm của định tuyến vector khoảng cách.
Bản chất của định tuyến trạng thái liên kết là mỗi Router xây dựng bên trong nó một sơ đồ cấu trúc mạng. Định kỳ, mỗi Router cũng gửi ra mạng những thông điệp trạng thái. Những thông điệp này liệt kê những Router khác trên mạng kết nối trực tiếp với Router đang xét và trạng thái của liên kết. Các Router sử dụng bản tin trạng thái nhận được từ các Router khác để xây dựng sơ đồ mạng. Khi một Router chuyển tiếp dữ liệu, nó sẽ chọn đường đi đến đích tốt nhất dựa trên những điều kiện hiện tại.
Giao thức trạng thái liên kết địi hỏi nhiều thời gian xử lí trên mỗi Router, nhưng giảm được sự tiêu thụ băng thơng bởi vì mỗi Router khơng cần gửi toàn bộ bảng định tuyến của mình. Hơn nữa, Router cũng dễ dàng theo dõi lỗi trên mạng vì bản tin trạng thái từ một Router không thay đổi khi lan truyền trên mạng (ngược lại, đối với phương pháp vector khoảng cách, giá trị bước nhảy count tăng lên mỗi khi thông tin định tuyến đi qua một Router khác).
Giải thuật lai kết hợp các khía cạnh của giải thuật vectơ khoảng cách và trạng thái liên kết. Các phần tiếp theo trình bày về các thủ tục và những vấn đề gặp phải của mỗi loại giải thuật và những kỹ thuật hiện được sử dụng để tối thiểu hóa những vấn đề đó.
2.2.2 Các giao thức định tuyến cơ bảna. Giao thức định tuyến RIP a. Giao thức định tuyến RIP
RIP (Router Information Protocol – Giao thức thông tin định tuyến) là một giao thức định tuyến miền trong được sử dụng bên trong hệ thống tự trị. Đây là một giao thức rất đơn giản dựa trên định tuyến vectơ khoảng cách, sử dụng giải thuật Bellman-
Ford để tính tốn bảng định tuyến. Khi được sử dụng trong những mạng cùng loại
nhỏ, RIP là một giao thức hiệu quả và sự vận hành của nó là khá đơn giản. RIP duy trì tất cả bảng định tuyến trong một mạng được cập nhật bởi truyền những bản tin cập nhật bảng định tuyến sau mỗi 30s. Sau một thiết bị RIP nhận một cập nhật, nó so sánh thơng tin hiện tại của nó với những thơng tin được chứa trong thông tin cập nhật.
Bảng định tuyến RIP N1 N2 N3 N4 N5 R1 R2 R3 R4 R5 N6
Mỗi router có một bảng định tuyến trong đó chứa các mục tương ứng cho mỗi mạng đích mà router biết. Mục này gồm địa chỉ IP của mạng đích, khoảng cách ngắn nhất để tới đích (tính theo số bước nhảy) và bước nhảy tiếp theo (router tiếp theo). Bước nhảy tiếp theo là nơi cần giửi gói dữ liệu đến để có thể tới được đích cuối cùng. Số bước nhảy là số mạng mà một gói dữ liệu phải đi qua để tới được mạng đích.
Bảng 2: Bảng định tuyến vectơ khoảng cách
Bảng của R2 Bảng của R3 Bảng của R4 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Đích Node sau Hop Đích Node sau Hop Đích Node sau Hop
N1 R1 2 N1 R2 3 N1 R3 4 N2 Trực tiếp 1 N2 R2 2 N2 R3 3 N3 Trực tiếp 1 N3 Trực tiếp 1 N3 R3 2 N4 R3 2 N4 Trực tiếp 1 N4 Trực tiếp 1 N5 R3 3 N5 R4 2 N5 Trực tiếp 1 N6 R3 4 N6 R4 3 N6 R5 2
Giải thuật cập nhật RIP
Bảng định tuyến RIP được cập nhật khi router nhận được các thông báo RIP. Dưới đây chỉ ra giải thuật cập nhật định tuyến được RIP sử dụng.
Nhận một thông báo RIP trả lời
1. Cộng 1 vào số bước nhảy tiếp theo cho mỗi đích được quảng cáo 2. Lặp lại các bước tiếp theo cho mỗi đích được quảng cáo:
2.1 Nếu đích khơng có trong bảng định tuyến
- Thêm thông tin được quảng cáo vào bảng định tuyến 2.2 Trái lại
2.2.1 Nếu bước nhảy tiếp theo giống nhau
- Thay thế mục trong bảng bằng mục được quảng cáo 2.2.2 Trái lại
2.2.2.1 Nếu số bước nhảy được quảng cáo nhỏ hơn số bước nhảy trong bảng
- Thay thế mục trong bảng bằng mục được quảng cáo 2.2.2.2 Trái lại
- Khơng làm gì cả 3. Kết thúc
Hạn chế của RIP
Giới hạn độ dài tuyến đường: Trong RIP, giá có giá trị lớn nhất được đặt là 16. Do đó, RIP khơng cho phép một tuyến đường có giá lớn hơn 15. Tức là, những mạng có kích thước lớn hơn 15 bước nhảy phải dùng thuật toán khác. Lưu lượng cần thiết cho việc trao đổi thông tin định tuyến lớn.
- Tốc độ hội tụ khá chậm.
- Khơng hỗ trợ mặt nạ mạng con có độ dài thay đổi (VLSM): Khi trao đổi thông tin về các tuyến đường, RIP khơng kèm theo thơng tin gì về mặt nạ mạng con. Do đó, mạng sử dụng RIP khơng thể hỗ trợ mặt nạ mạng con có độ dài thay đổi.
Giao thức RIP phiên bản 2 (RIP-2)
Tổ chức IETF đưa ra hai phiên bản RIP-2 để khắc phục những hạn chế của RIP- 1. RIP-2 có những cải tiến sau so với RIP-1: